Какие функции современного компьютера выполняет ос 10 функций

Обновлено: 03.07.2024

4.2. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ И ВИДЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Для решения любой задачи на компьютере необходимы, по крайней мере, два вида ресурсов: оперативная память для хранения программы и данных и процессор для исполнения команд. Указанные ресурсы могут быть предоставлены задаче самим пользователем, если он вручную разместит в основной памяти программу и данные и введет в машину информацию для запуска процессора. Однако такой способ не приемлем для больших программ, т.к. является очень трудоемким и медленным. Дело в том, что элементарные операции при работе с устройствами компьютера и по управлению его ресурсами - это операции очень низкого уровня, состоящие из нескольких сотен и тысяч элементарных команд.

Операционная система освобождает пользователя от долгой и кропотливой работы, связанной с распределением ресурсов компьютера, управлением устройствами, организацией выполнения программ, выполняя эти действия автоматически.

Основными функциями ОС являются следующие :

· запуск программ и контроль за их прохождением;

· управление оперативной памятью;

· управление устройствами ввода и вывода;

· управление внешней памятью;

· управление взаимодействием одновременно работающих задач;

· обработка вводимых команд для обеспечения взаимодействия с пользователем.

Операционная система обычно состоит из управляющей части и набора системных программ (обслуживающая часть).

Управляющая часть содержится в нескольких файлах. Ее функциями являются: распределение вычислительных ресурсов, запуск и контроль выполнения программ, управление стандартными внешними устройствами, управление файлами. Для обеспечения работы с дополнительными внешними устройствами в состав управляющей части операционной системы входят драйверы. Это очень небольшие программы, которые позволяют работать с конкретными внешними устройствами. Наличие драйверов позволяет подключать к компьютеру различные типы внешних устройств, причем для этого не нужно коренным образом перестраивать вычислительную среду, а достаточно включить в состав ОС определенный драйвер.

В набор системных программ входят программы, также поставляемые в виде отдельных файлов. Они выполняют действия обслуживающего характера, расширяющие возможности ядра операционной системы, предоставляющие дополнительные возможности и удобства пользователю.

Для нормальной работы компьютера определенная часть операционной системы, называемая резидентной, должна постоянно находиться в основной памяти, сокращая, таким образом, объем памяти, доступный для прикладных программ. Другие части системы автоматически загружаются в память из внешних устройств по мере необходимости. После выполнения требуемых действий занимаемые ими области памяти освобождаются.

Существующие операционные системы принято классифицировать следующим образом. По числу одновременно обслуживаемых рабочих мест ОС разделяются на однопользовательские и сетевые.

По количеству одновременно выполняемых программ выделяют однозадачные и многозадачные ОС. В однозадачном режиме все ресурсы компьютера предоставляются только одной программе, которая выполняет обработку данных. При работе в многозадачном (мультипрограммном) режиме несколько не зависимых друг от друга программ выполняют обработку данных одновременно, т.е. параллельно. При этом программы делят ресурсы компьютера между собой.

Для выполнения разнородных – несвязанных одна с другой – задач компьютером или мобильным устройством нужна значительная координация действий на каждом этапе. Операции не должны мешать одна другой, эффективно расходовать ресурсы ПК, а после завершения – высвобождать их. Этим занимаются масштабные пакеты низкоуровневых приложений, сервисов и драйверов.

Рассмотрим, каковы основные функции, выполняемые операционной системой компьютера, какие компоненты входят в её состав. Кратко разберёмся с их классификацией.

Определение, назначение операционной системы

Операционной системой (операционкой, ОС) называется набор базовых программных средств для управления аппаратными ресурсами устройства, ввода-вывода информации. Играет роль интерфейса между прикладным программным обеспечением – пользовательскими приложениями и аппаратными ресурсами. Пишется, как правило, с применением низкоуровневых языков программирования.

Для понимания, в чем состоит основное назначение операционной системы, стоит разобраться с её функциями.

Согласование работы и оптимальное распределение аппаратных ресурсов компьютера.
Организация взаимодействия пользователя с периферийными устройствами.
Запуск и управление активными процессами, сервисами, программами и драйверами.
Предоставление доступа к информации на энергонезависимых носителях: твердотельные и жёсткие накопители.
Предоставление удобного и понятного пользовательского интерфейса для взаимодействия человека с компьютером, подключаемыми устройствами (принтер).
Ведение лога ошибок, их выявление и исправление по возможности.
Выполнение запросов пользователя, по сути, программ.
Организация стабильности вычислений, когда ошибка в одном процессе не ведёт к проблемам в иных.
Распараллеливание ресурсоёмких задач.
Эффективное распределение нагрузки на процессорные ядра.
Ограничение доступа приложений к аппаратным ресурсам.
Взаимодействие между активными сервисами.
Защита самой себя, программ и файлов от ошибок, действий пользователя (злонамеренных, по незнанию).
Предоставление приложениям нужных для их функционирования системных библиотек.
Организация многопользовательского режима работы с разграничением прав.

Функциональность и возможности ОС зависят от её типа, предназначения, аппаратуры, для которой та разработана.

Как итог: операционная система — это комплекс программ, назначение которого – организация взаимодействия пользователя с компьютером и периферией.

Состав

Средство управления памятью – в состав входят модули для работы с файловой системой накопителя и оперативной памятью. Эффективность системы важна при выполнении параллельных вычислений, при высоких нагрузках.
Командный процессор – программное средство, которое принимает запросы пользователя и выполняет их.
Драйверы аппаратных компонентов – низкоуровневые приложения, взаимодействующие с контроллерами устройств. Предоставляют доступ к последним, позволяют конфигурировать их. Каждый драйвер разрабатывается под конкретный девайс. С технологией «горячего» подключения автоматически обнаруживают периферию сразу после подсоединения.
Оболочка, shell – ныне это графический интерфейс – среда для взаимодействия пользователя с программным и аппаратным комплексами.
Системное ПО – утилиты для работы с:
- файлами (копирование, просмотр, удаление), файловый менеджер;
- накопителями – резервирование, обслуживание;
- самой ОС – поиск и устранение ошибок, восстановление системы.
Справочной системы – встроенная (офлайн) справка с описанием функций операционной системы, её модулей, решения проблем.

Отдельно отметим ядро (kernel) – противоположность оболочки, внутренняя структура «операционки». Это её основа, включающая компоненты, необходимые для запуска и функционирования ОС. На уровне ядра реализованы сетевые возможности, доступ к накопителям как на самом низком уровне доступа софта к данным. В его состав входят: потоки с событиями, файлы с процессами, планировщик и диспетчер задач.

Классификация операционных систем

Количество одновременно работающих людей: одно- и многопользовательские.
Метод расхода ресурсов: сетевые и локальные.
Количество поддерживаемых процессоров: много- и однопроцессорные.
Тип доступа: в реальном времени, разделение времени, пакетная обработка.
Разрядность кода: 64 либо 32 (x86) бита.
Вид интерфейса: командный (текстовый) и графический (оконный).
Число одновременно выполняемых задач: много- и однозадачные.

Наиболее распространённые десктопные операционки: дистрибутивы Linux (на основе UNIX), Windows 7 – 10; мобильные – Android и iOS.

Отметьте все составляющие части, перечислите функции и состав операционной системы, дайте определение.

При использовании современных гаджетов часто можно услышать вопрос об операционной системе, многие люди даже не задумываются что же это такое. Все знают, что на их компьютерах находится ОС, но при объяснении этого понятия часто возникают проблемы. Данная статья поможет разобраться в этом вопросе.

Что такое Операционная Система

Операционная система — это комплект программ, управляющий памятью и процессами компьютера, смартфона или другого устройства и являющийся главной его частью.

ОС выглядит как рабочий стол с визуальным интерфейсом. Благодаря этому пользователи играют в игры, пишут документы и работают, ищут информацию в интернете. Операционная система нужна для того, чтобы решать много разных задач.

Как работает ОС

Когда происходит нажатие кнопки включения компьютера, операционная система загружается. В это время компьютером выполняются такие функции:

Проверка работы всех программ;
Проверка на наличие нового оборудования;
Запуск операционной системы.

Какие задачи выполняет современная ОС

Файловая система позволяет создавать, открывать и пользоваться разными файлами.
Все программы исполняются в порядке очереди благодаря пакетному режиму. Задачи загружаются так, чтобы процессор не оставался без работы.
Продолжением концепции пакетного режима можно считать многозадачность. Чтобы процессором выполнялись одновременно несколько задач разработали такой подход, как разделение времени. Процессорное время распределяется между исполнением программ.
По причине конфликта одной программы с другой было создано разделение полномочий. Это позволяет избежать замены одной программы данных в памяти компьютера другой.

Функции ОС

Какие операционные системы существуют

Microsoft Windows

Это первая операционная система, имеющая интерфейс, к которому привык современный пользователь. Windows была выпущена в 1985 году. До этого существовал MS DOS, имеющий вид оболочки, в которую вводятся команды.

Выглядело это вот так.

А вот так выглядела первая версия Windows.

На данный момент новейшей версией является Windows 10

Преимущества Windows

Её просто установить и легко использовать.
Драйвера всех популярных программ работают на этой платформе.
Имеет привлекательный интерфейс.
Эта ОС поддерживает многие устройства.
Удаленная иформация легко восстанавливается.
Получение помощи технической поддержки.

Недостатки

Из-за своей популярности эта ОС часто подвергается атакам вредоносного ПО, то есть хватает вирусы.
Операционная система платная и стоит дорого.
Чтобы стабилизировать работу, приходится постоянно читстить мусор.

Linux

Эту ОС выпустили в 1991 году. Попытки конкуренции с Windows оказались неудачными, популярность эта операционная система так и не завоевала.

Плюсы

Открытость исходного кода. То есть, ОС является бесплатной.
Угроза от вирусов практичеки отсутствует.
Системных ресурсов требуется значительно меньше.

Минусы

Сложно освоить новичку.
Создана в основном для программистов, поэтому отсутствуют игры и многие программы.
Возникает проблема права доступа.

Apple Mac OS X

Эту ОС поддерживает только техника Apple, она не совместима с устройствами других производителей.

Достоинства

Интерфейс удобный и имеет много функций, которые делают работу легкой.
Безопасность и надежная защита от вирусов.
Преимущество в стабильной работе.

Недостатки

Высокая цена.
Выбор программ хуже, чем на Виндовс.
Видеокарты слабее, а игр меньше.

ОС для мобильных устройств

Все ОС, о которых говорилось выше разработаны специально для настольных компьютеров и ноутбуков. Телефоны, смартфоны и планшеты имеют свои операционные системы. Они не такие функциональные, но хорошо справляются с основными задачами. Например, можно скачивать и пользоваться приложениями, смотреть фильмы, работать с информацией в интернете и даже создать документ.

В настоящее время существуют:

ANDROID установлена практически на всех современных мобильных устройствах.
IOS работает на смартфонах и планшетах фирмы Apple.

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

Операционная система (operating system ) – комплекс программ, предоставляющий пользователю удобную среду для работы с компьютерным оборудованием.

Операционная система позволяет запускать пользовательские программы; управляет всеми ресурсами компьютерной системы – процессором (процессорами), оперативной памятью, устройствами ввода вывода; обеспечивает долговременное хранение данных в виде файлов на устройствах внешней памяти; предоставляет доступ к компьютерным сетям.

Для более полного понимания роли операционной системы рассмотрим составные компоненты любой вычислительной системы (рис.1.1).

Все компоненты можно разделить на два больших класса – программы или программное обеспечение ( ПО , software ) и оборудование или аппаратное обеспечение ( hardware ). Программное обеспечение делится на прикладное, инструментальное и системное. Рассмотрим кратко каждый вид ПО .

Цель создания вычислительной системы – решение задач пользователя. Для решения определенного круга задач создается прикладная программа ( приложение , application ). Примерами прикладных программ являются текстовые редакторы и процессоры (Блокнот, Microsoft Word ), графические редакторы ( Paint , Microsoft Visio), электронные таблицы (Microsoft Excel ), системы управления базами данных (Microsoft Access, Microsoft SQL Server ), браузеры ( Internet Explorer) и т. п. Все множество прикладных программ называется прикладным программным обеспечением ( application software ).

Создается программное обеспечение при помощи разнообразных средств программирования (среды разработки, компиляторы, отладчики и т. д.), совокупность которых называется инструментальным программным обеспечением. Представителем инструментального ПО является среда разработки Microsoft Visual Studio .

Основным видом системного программного обеспечения являются операционные системы. Их основная задача – обеспечить интерфейс (способ взаимодействия) между пользователем и приложениями с одной стороны, и аппаратным обеспечением с другой. К системному ПО относятся также системные утилиты – программы, которые выполняют строго определенную функцию по обслуживанию вычислительной системы, например, диагностируют состояние системы , выполняют дефрагментацию файлов на диске, осуществляют сжатие ( архивирование ) данных. Утилиты могут входить в состав операционной системы.

Взаимодействие всех программ с операционной системой осуществляется при помощи системных вызовов ( system calls) – запросов программ на выполнение операционной системой необходимых действий. Набор системных вызовов образует API – Application Programming Interface ( интерфейс прикладного программирования).

Далее рассмотрим, какие функции должны выполнять современные операционные системы.

Функции операционной системы

К основным функциям, выполняемым операционными системами, можно отнести:

обеспечение выполнения программ – загрузка программ в память, предоставление программам процессорного времени, обработка системных вызовов;
управление оперативной памятью – эффективное выделение памяти программам, учет свободной и занятой памяти;
управление внешней памятью – поддержка различных файловых систем;
управление вводом-выводом – обеспечение работы с различными периферийными устройствами;
предоставление пользовательского интерфейса;
обеспечение безопасности – защита информации и других ресурсов системы от несанкционированного использования;
организация сетевого взаимодействия.

Структура операционной системы

Перед изучением структуры операционных систем следует рассмотреть режимы работы процессоров.

Современные процессоры имеют минимум два режима работы – привилегированный (supervisor mode) и пользовательский (user mode).

Отличие между ними заключается в том, что в пользовательском режиме недоступны команды процессора, связанные с управлением аппаратным обеспечением, защитой оперативной памяти, переключением режимов работы процессора. В привилегированном режиме процессор может выполнять все возможные команды.

Приложения, выполняемые в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресным пространствам друг друга – только посредством системных вызовов.

Все компоненты операционной системы можно разделить на две группы – работающие в привилегированном режиме и работающие в пользовательском режиме, причем состав этих групп меняется от системы к системе.

Основным компонентом операционной системы является ядро (kernel). Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах; но во всех системах ядро работает в привилегированном режиме (который часто называется режим ядра, kernel mode).

Термин "ядро" также используется в разных смыслах. Например, в Windows термин "ядро" (NTOS kernel) обозначает совокупность двух компонентов – исполнительной системы (executive layer) и собственно ядра (kernel layer) [12].

Существует два основных вида ядер – монолитные ядра (monolithic kernel) и микроядра (microkernel). В монолитном ядре реализуются все основные функции операционной системы, и оно является, по сути, единой программой, представляющей собой совокупность процедур [6]. В микроядре остается лишь минимум функций, который должен быть реализован в привилегированном режиме: планирование потоков, обработка прерываний, межпроцессное взаимодействие. Остальные функции операционной системы по управлению приложениями, памятью, безопасностью и пр. реализуются в виде отдельных модулей в пользовательском режиме.

Ядра, которые занимают промежуточные положение между монолитными и микроядрами, называют гибридными (hybrid kernel).

Примеры различных типов ядер:

монолитное ядро – MS-DOS, Linux, FreeBSD;
микроядро – Mach, Symbian, MINIX 3;
гибридное ядро – NetWare, BeOS, Syllable.

Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.

В состав операционной системы также входят:

системные библиотеки (system DLL – Dynamic Link Library, динамически подключаемая библиотека), преобразующие системные вызовы приложений в системные вызовы ядра;
пользовательские оболочки (shell), предоставляющие пользователю интерфейс – удобный способ работы с операционной системой.

Пользовательские оболочки реализуют один из двух основных видов пользовательского интерфейса:

текстовый интерфейс (Text User Interface, TUI), другие названия – консольный интерфейс (Console User Interface, CUI), интерфейс командной строки (Command Line Interface, CLI);
графический интерфейс (Graphic User Interface, GUI).

Пример реализации текстового интерфейса в Windows – интерпретатор командной строки cmd.exe; пример графического интерфейса – Проводник Windows (explorer.exe).

Классификация операционных систем

Классификацию операционных систем можно осуществлять несколькими способами.

По способу организации вычислений:
- системы пакетной обработки (batch processing operating systems) – целью является выполнение максимального количества вычислительных задач за единицу времени; при этом из нескольких задач формируется пакет, который обрабатывается системой;
- системы разделения времени (time-sharing operating systems) – целью является возможность одновременного использования одного компьютера несколькими пользователями; реализуется посредством поочередного предоставления каждому пользователю интервала процессорного времени;
- системы реального времени (real-time operating systems) – целью является выполнение каждой задачи за строго определённый для данной задачи интервал времени.

системы с монолитным ядром (monolithic operating systems);
системы с микроядром (microkernel operating systems);
системы с гибридным ядром (hybrid operating systems).

однозадачные (single-tasking operating systems);
многозадачные (multitasking operating systems).

однопользовательские (single-user operating systems);
многопользовательские (multi-user operating systems).

однопроцессорные (uniprocessor operating systems);
многопроцессорные (multiprocessor operating systems).

локальные (local operating systems) – автономные системы, не предназначенные для работы в компьютерной сети;
сетевые (network operating systems) – системы, имеющие компоненты, позволяющие работать с компьютерными сетями.

серверные (server operating systems) – операционные системы, предоставляющие доступ к ресурсам сети и управляющие сетевой инфраструктурой;
клиентские (client operating systems) – операционные системы, которые могут получать доступ к ресурсам сети.

открытые (open-source operating systems) – операционные системы с открытым исходным кодом, доступным для изучения и изменения;
проприетарные (proprietary operating systems) – операционные системы, которые имеют конкретного правообладателя; обычно поставляются с закрытым исходным кодом.

операционные системы мэйнфреймов – больших компьютеров (mainframe operating systems);
операционные системы серверов (server operating systems);
операционные системы персональных компьютеров (personal computer operating systems);
операционные системы мобильных устройств (mobile operating systems);
встроенные операционные системы (embedded operating systems);
операционные системы маршрутизаторов (router operating systems).

Требования к операционным системам

Основное требование, предъявляемое к современным операционным системам – выполнение функций, перечисленных выше в параграфе "Функции операционных систем". Кроме этого очевидного требования существуют другие, часто не менее важные [3]:

расширяемость – возможность приобретения системой новых функций в процессе эволюции; часто реализуется за счет добавления новых модулей;
переносимость – возможность переноса операционной системы на другую аппаратную платформу с минимальными изменениями;
совместимость – способность совместной работы; может иметь место совместимость новой версии операционной системы с приложениями, написанными для старой версии, или совместимость разных операционных систем в том смысле, что приложения для одной из этих систем можно запускать на другой и наоборот;
надежность – вероятность безотказной работы системы;
производительность – способность обеспечивать приемлемые время решения задач и время реакции системы.

Резюме

В этой лекции приведено определение операционной системы, представлены виды программного обеспечения, рассмотрены функции и структура операционной системы. Особое внимание уделено понятию "ядра". Также приведены различные способы классификации операционных систем и требования, предъявляемые к современным операционным системам.

В следующей лекции будет представлен обзор операционных систем Microsoft Windows.

Прежде чем рассказать о том, какие бывают функции операционных систем, мы рассмотрим, из чего она состоит.

Программный модуль, который управляет системой файлов.
Драйверы для устройств. Они обеспечивают корректную работу каждого аппаратного элемента компьютера, а также информационный обмен с другими устройствами.
Процессор, отвечающий на команды пользователя.
Сервисные программы. При их помощи есть возможность работать в компьютерных сетях с дисками и файлами.
Модули, обеспечивающие графическую оболочку для пользователя.
Справочная система, помогающая найти ответ на любой вопрос относительно операционной системы и работы с ней.

Функции операционных систем могут меняться в зависимости от вида последних. Классификаций довольно много. Приведем основные.

1. По числу одновременно работающих пользователей ОС бывают: однопользовательские (старые версии, например, MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2) и многопользовательские (например, UNIX, Windows NT).

2. По количеству одновременно выполняемых задач: однозадачные (например, MSX, MS-DOS) и многозадачные (ОС: OS/2, Windows 95, UNIX).

Что делает операционная система?

Рассмотрим теперь основные функции операционной системы:

выполнение команд пользователя по запросу (запуск и закрытие программ, ввод и вывод информации, освобождение дополнительной памяти и так далее);
доступ к периферийным устройствам (принтеру, мыши, клавиатуре и так далее);
загрузка программного обеспечения в оперативную память и его выполнение;
осуществление управления оперативной памятью;
сохранение данных об ошибках и сбоях в системе;
обеспечение интерфейса для пользователя;
осуществление доступа к другим носителям информации и управление ним.

То есть все действия, осуществляемые человеком посредством инструментов ввода, производятся компьютером при помощи ОС. Она позволяет обеспечить удобный интерфейс пользователю. Также существуют и дополнительные функции операционных систем:

многозадачность;
разграничение прав доступа;
эффективное распределение ресурсов между процессами;
защита системы и данных пользователя;
взаимодействие между процессорами и их синхронизация.

Системная оболочка, к которой мы так привыкли, предоставляет нам возможность комфортного пользования ресурсами компьютера. Назначение и функции операционных систем - удобство общения с машиной, структуризация и автоматизация процессов. С годами разработчики и создатели оболочек для персональных компьютеров упрощают нам, обычным пользователям, программистам, жизнь за счет введения новых возможностей и сокращения ручной работы. Бытует даже мнение, что в ближайшем будущем машины во многом заменят человека.

Читайте также: