Содержание

Введение.
История создания и развития операционных систем
Разновидности современных операционных систем
Конкурентная борьба современных операционных систем.
Вычислительные и операционные системы
Литература

Введение.
Понятие операционной системы.
Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней.
Назначение ОС - организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса ( Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.
В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.
В соответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени. В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ. В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.

История создания и развития операционных систем.
1. Стандарт CP/M
Начало созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установлена на многих 8-разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые (Текстовые процессоры - это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д) и табличные процессоры, системы управления базами данных, графические пакеты ( Система управления базами данных (СУБД) - позволяет управлять большими информационными массивами - базами данных), символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы.
Успех системы в значительной степени был обусловлен ее предельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени.
2. Операционные системы типа DOS
ОС типа DOS стала доминирующей с появлением 16-разрядных ПЭВМ, использующих 16-разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров не может даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, что большая ее часть основывается на разработках 70-х годов, DOS продолжает существовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно, будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения. Имеются трансляторы (Транслятор - программа, автоматически преобразующая программу на языке программирования в последовательность инструкций. Разновидности трансляторов - компилятор, интерпретатор) для практически всех популярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула-2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ-1, Пролог, Смолток и др.; причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеются инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах - ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средства сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программного обеспечения для DOS создано множество прикладных программ.
3. Стандарт MSX
Этот стандарт определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSX машина должна была иметь оперативную память объемом не менее 16 К, постоянную память объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветной графический дисплей с разрешающей способностью 256х192 точек и 16 цветами, трехканальный звуковой генератор на 8 октав, параллельный порт для подключения принтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.
Операционная система такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая память - не более 16 К, совместимость с СР/М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX-DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые в то время разработки, связанные с DOS.
4. Операционные системы, основанные на графическом интерфейсе
Помимо широко распространенных машин, проектируемых в соответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которых особо выделяется какое-либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале и середине 80-х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй - цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей.
Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор "мышь". Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью "мыши".

5. Пи - система
В начальный период развития персональных компьютеров была создана операционная система USCD p-system. Основу этой системы составляла так называемая П-машина - программа, эмулирующая гипотетическую универсальную вычислительную машину. П-машина имитирует работу процессора, памяти и внешних устройств, выполняя специальные команды, называемые П-кодом. Программные компоненты Пи-системы (в том числе компиляторы) составлены на П-коде, прикладные программы также компилируются в П-код. Таким образом, главной отличительной чертой системы являлась минимальная зависимость от особенностей аппаратуры ПЭВМ. Именно это обеспечило переносимость Пи-системы на различные типы машин. Компактность П-кода и удобно реализованный механизм подкачки позволял выполнять сравнительно большие программы на ПЭВМ , имеющих небольшую оперативную память.
Однако принципиальной особенностью данной системы являлся преимущественно интерпретационный режим исполнения прикладных программ, что влекло интенсивные обмены информацией между оперативной памятью и внешними накопителями. В результате происходило существенное замедление работы.
6. Операционные системы семейства UNIX
Система UNIX приобрела популярность в связи с ее успешным использованием на мини-ЭВМ. Этот успех послужил толчком к тому, чтобы создать подобную систему и для персональных компьютеров. Как правило, различные версии ОС, относящихся к этому семейству, имеют свои названия, но в основных чертах повторяют особенности UNIX.
UNIX - операционная система, которая позволяет осуществить выполнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме. Поначалу она предназначалась для больших ЭВМ, чтобы заменить MULTICS. UNIX является очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большого объёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать эту операционную систему, существует большое количество различных его версий, главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языке Си, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд.
Главной отличительной чертой этой системы является ее модульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создать благоприятную обстановку для пользователей-программистов. Система UNIX органически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% ее собственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си, что позволяло очень легко комбинировать различные программы при создании больших прикладных систем.
UNIX имеет "оболочку", с которой пользователь непосредственно взаимодействует, и "ядро", которое, собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качестве приглашения для ввода команд долларовый знак. Из-за продолжительности пользования этой операционной системы количество команд весьма велико. В добавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любой операционной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, а также форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности, модифицировать "оболочку".
От UNIX многие другие операционные системы переняли такие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет несомненно преимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась как многопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могут иметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы. Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии 7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 - в Berkeley 4.1 и следующие 114 в Berkeley 4.2. Из-за такого обилия команд UNIX не относится к самым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применять графический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд и без того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большего объёма памяти и пространства диска.

Разновидности современных операционных систем
1. MS-DOS
MS DOS является наиболее широко распространенной операционной системой для персональных компьютеров. Число прикладных программ для MS-DOS составляет десятки тысяч, Такого большого количества программ в быстроразвивающейся компьютерной сфере никогда не было. Это разнообразие программ позволяет удерживать операционной системе MS DOS ведущее положение среди более прогрессивных и более мощных операционных систем. Естественно, что эта ОС имеет свои достоинства и недостатки.
Ограничения DOS
Без сомнения, главная отличительная черта вычислительных систем 90-х годов - графический интерфейс пользователя (graphical user interface, GUI). Сторонники GUI утверждают, что этот ориентированный на непосредственное визуальное восприятие обрабатываемых объектов интерфейс сильно ускоряет работу с ПК и за счет простоты освоения делает его более доступным массовому потребителю.
Более серьезный недостаток - ограничение памяти, доступной DOS-программ - 640 К. На самом деле DOS может использовать до 1 Mb ОЗУ, но архитектура IBM PC сокращает доступную память до 640 К. Есть множество обходных путей - отображаемая память, расширенная память, расширители DOS, блоки верхней памяти, создаваемые диспетчерами памяти для процессора 80386, но факт остается фактом: не существует естественного способа, позволяющего прикладным программам использовать мегабайты ОЗУ, установленные на современных машинах.
Единственный надежный способ преодолеть эти барьеры раз и навсегда - заставить процессор работать в защищенном режиме. Но ни DOS, ни ее прикладные программы не способны работать в этом режиме, поэтому огромные пространства расширенной памяти остаются недоступными для большинства программ.
Скелетная природа DOS привлекает разработчиков программного обеспечения. Большинство основных прикладных программ общаются с экраном, клавиатурой и принтером в обход DOS, так как предоставляемые ею услуги по организации интерфейса с этими и другими устройствами совершенно недостаточны. DOS, например, не поддерживает ввод-вывод через последовательный порт по прерываниям. Программисты тратят довольно много времени на написание драйверов для сотен различных принтеров и видеоадаптеров. Конфигурации оборудования бывают настолько разнообразными, что трудно написать программу, которая работала бы на любом IBM-совместимом компьютере. Кроме общей файловой системы DOS здесь мало чем может помочь.
Прикладная программа, написанная для Windows, наоборот, будет работать на любом ПК, удовлетворяющем жестким требованиям Windows. Что важно, ответственность за подготовку драйверов перекладывается с разработчика программного обеспечения на изготовителя оборудования, так что разработчик может посвятить больше времени работе над ядром программы.
Не так-то просто обучиться пользоваться различными DOS-программами. В DOS нет стандартного интерфейса для прикладных программ, поэтому то, что работает в одной программе, вероятнее всего, не будет работать в другой. Для того чтобы записать файл в Windows-программе достаточно выбрать пункт Save из меню File. В программе WordPerfect for DOS для того, чтобы начать этот процесс, необходимо нажать F10. В пакете Lotus 1-2-3 - /FS. Этот список можно продолжать сколько угодно. Исследования показывают, что средний пользователь IBM-совместимого ПК регулярно используют две-три прикладные программы, пользователи же компьютеров Macintosh - почти вдвое больше. Одно из возможных объяснений такой разницы состоит в том, что благодаря подобию программных изделий для Macintosh пользователь, знакомый с одной прикладной программой, легче осваивает другие.
Еще один "черный шар" против DOS - полное отсутствие мультизадачности. DOS предназначена для одновременного выполнения только одной программы, и попытки заставить ее работать по-другому (за исключением некоторых очень специфичных случаев) чреваты крахом системы. Даже резидентные программы (TSR), являющиеся ограниченным, но все же весьма полезным исключением из правила, осложняют дело, когда конфликтуют друг с другом или с другими элементами системы. Имеется большое количество изделий различных фирм, обеспечивающих мультизадачность или переключение задач в системах, базирующихся на DOS, но ни одна из них не может сравниться по эффективности с такой операционной системой, как OS/2, которая с самого начала была предназначена для одновременной работы нескольких программ.
Сила в простоте
Одна из наиболее очевидных сильных сторон DOS - умеренные требования к оборудованию. Для того, чтобы работать с Windows на более или менее приемлемой скорости, необходим как минимум ПК на основе процессора 80386 с не менее чем 4Мбайт ОЗУ. Если надо DOS может вполне нормально работать с 640 Кбайт и на процессоре 8088. DOS-программы работают быстро, по большей части благодаря тому, что большинство из них использует текстовый режим дисплея. Даже графические DOS-программы, как правило, в несколько раз быстрее своих Windows-аналогов, так как над ними не довлеет GDI (Graphics Device Interface, интерфейс графического устройства, компонент Windows, который используется программами для вывода на экран). То, что один толкует как недостаток, другому кажется достоинством. Для пользователя, знакомого с командами DOS и достаточно быстро работающего на клавиатуре, командная строка - оружие, а не ловушка.

Конкурентная борьба современных операционных систем.
Возраст Windows 3.1 берет свое, и три соперничающие операционные системы (Windows 95, OS/2 WARP и WINDOWS NT) готовы занять ее место.
В Windows 3.x реализована простая кооперативная модель многозадачности, которая не может гарантировать даже равномерного распределения системных ресурсов между несколькими прикладными программами. И хотя Windows 3.x подвергалась справедливой критике за недостаточность предусмотренных в ней средств защиты памяти и примитивную модель многозадачности, она представляла собой большой шаг вперед по сравнению с DOS и более старыми версиями этой же оболочки. Для пользователей, располагающих медленными машинами с ОЗУ ограниченной емкости, она по-прежнему остается лучшей альтернативой.
Однако система Microsoft Windows 3.1 и ее кузен - сетевой продукт Windows for Workgroups 3.11 - устаревают на глазах. Интерфейс Windows функционально удобен для подготовленных пользователей, но отсутствие истинного "рабочего стола" и раздельные функции модулей Progtam Manager и File Manager неоправданно затрудняют работу рядовых пользователей. Поставляемые вместе с операционной системой прикладные программы маломощны, а ограничение либо отсутствие сетевых средств не соответствует общепринятым на сегодняшний день стандартам.
Поэтому на смену Windows 3.x пришла Windows 95. Как и любой продукт с широкими функциональными возможностями, рассчитанный на удовлетворение запросов огромного рынка, Windows 95 не лишена компромиссных решений. Многие ее впечатляющие достижения будут по заслугам оценены пользователями PC, но в некоторых областях Windows 95 пока еще только догоняет своих конкурентов.
С точки зрения базовой архитектуры Windows 95 - истинно 32-разрядная, многопотоковая операционная система с вытесняющей многозадачностью, что ставит ее в один ряд с такими соперниками, как OS/2, UNIX и Windows NT.
Наиболее важные компромиссы в архитектуре Windows 95 были порождены решением корпорации Microsoft сделать ее совместимой с существующими 16-разрядными прикладными программами Windows и драйверами устройств реального режима. Это позволяет Windows 95 работать с гораздо более широким спектром существующих аппаратных и программных средств, чем работают OS/2 или UNIX.
Новый интерфейс с истинным "рабочим столом", папками и линейкой заданий намного упрощает задачу пользователя: вызываемые правым щелчком мыши контекстно-зависимые меню обеспечивают интуитивно понятный способ управления средой. Множество новых объектов интерфейса и стандартные диалоги предоставляют в распоряжение программистов богатый набор готовых блоков для создания прикладных программ.
Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуру Windows, в том числе истинно 32-разрядный интерфейс прикладного программирования (API), защищенные адресные пространства для ее собственных 32-разрядных прикладных программ, вытесняющую многозадачность, разделение прикладных программ на потоки и более широкое использование виртуальных драйверов устройств. Модель защиты памяти реализована с серьезными компромиссами, целью которых было достигнуть совместимости с существующими 16-разрядными прикладными программами и драйверами устройств. Но на практике устойчивость системы оказывается лучше, чем у Windows 3.1x.
Предполагалось, что к настоящему времени OS/2 станет доминирующей ОС. Выпуская эту операционную систему в свет в 1987 г., фирмы IBM и Microsoft рассматривали ее как логическую замену DOS. После произошедшего в 1990 г. разрыва между двумя компаниями Microsoft занялась системой Windows, а IBM получила OS/2 в свое полное распоряжение.
За прошедшее с тех пор время OS/2 значительно изменилась в лучшую сторону, обретя новые функциональные возможности и устойчивость. С самого начала она была задумана как многопотоковая ОС с вытесняющей многозадачностью. OS/2 также обеспечивает намного более совершенную защиту памяти, поэтому какая-нибудь прикладная программа, содержащая ошибки, редко выводит из строя всю систему.
Слабое место OS/2 - относительно небольшое число собственных прикладных программ OS/2 (тот факт, что OS/2 так хорошо выполняет программы Windows 3.x, оказался палкой о двух концах).
Во многих областях, таких, как многозадачность и защита, OS/2 опережает Windows 3.x и продолжает опережать Windows 95. Хотя она не обеспечивает устойчивости, свойственной Windows NT, ее системные требования значительно более скромны. К пользовательскому интерфейсу быстро привыкаешь, но то же самое справедливо и по отношению к Windows 95. После того как вы преодолеете барьер инсталляции, OS/2 предоставит вам конкурентоспособную среду для выполнения прикладных программ DOS, Windows 3.x и собственного программного обеспечения OS/2.
Microsoft Windows NT была разработана как персональная операционная система высокого класса, обладающая более совершенными функциональными возможностями и высокими системными требованиями, нежели ее конкуренты. Для ее работы нужно иметь как минимум 16 Mb ОЗУ, а для инсталляции может потребоваться до 100 Mb пространства на жестком диске. Так же как OS/2 Warp и Windows 95, это 32-разрядная многозадачная, многопотоковая операционная система, но, кроме того, она обладает важными средствами обеспечения безопасности, надежной новой файловой системой с регистрационным журналом и может быть перенесена на отличные от Intel аппаратные платформы. Ее базовая архитектура обеспечивает лучшую защиту, чем любая соперничающая с ней система.
Резюме.
За исключением IBM (чьи ПК предлагают двойную загрузку OS/2 и Windows), все ведущие поставщики персональных компьютеров в настоящее время устанавливают на большинстве своих машин Windows 95 или Windows NT. Сфера распространения Windows 3.1 или Windows for Workgroups 3.11. сузилась после того, как корпорация Microsoft выпустила Windows 95. ОС OS/2 Warp не получила еще достаточного распространения.
Вычислительные и операционные системы.
Вычислительная система и ее ресурсы.
Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации.
Иногда под ВС понимают совокупность технических средств ЭВМ, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общностью управления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийные устройства, программное обеспечение и т.п.).
Ресурсы вычислительной системы
К ресурсам вычислительной системы относят такие средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный квант времени. Основными ресурсами ВС являются процессоры, области оперативной памяти, наборы данных, периферийные устройства, программы.
Виды вычислительных систем.
В зависимости от ряда признаков различают следующие вычислительные системы (ВС):
однопрограммные и многопрограммные (в зависимости от количества программ, одновременно находящихся в оперативной памяти);
индивидуального и коллективного пользования (в зависимости от числа пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы ВС);
с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости от организации и обработки заданий);
однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные (в зависимости от числа процессоров);
сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС с теледоступом (в зависимости от территориального расположения и взаимодействия технических средств);
работающие или не работающие в режиме реального времени (в зависимости от соотношения скоростей поступления задач в ВС и их решения);
универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные (в зависимости от назначения).
Режимы работы вычислительных систем.
1. Мультипрограммирование
Мультипрограммирование - это режим обработки данных, при котором ресурсы вычислительной системы предоставляются каждому процессу из группы процессов обработки данных, находящихся в ВС, на интервалы времени, длительность и очередность предоставления которых определяется управляющей программой этой системы с целью обеспечения одновременной работы в интерактивном режиме.
2. Режим реального времени
Режим реального времени - режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.
Этот режим обработки данных широко используется в системах управления и информационно-поисковых системах.
3. Однопрограммный режим работы вычислительной системы (ВС)
Аппаратные средства ЭВМ совместно с программным обеспечением образуют ВС. В зависимости от класса ЭВМ и вида операционной системы ВС могут работать в режимах однопрограммном и мультипрограммном.
В однопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится и выполняется только одна программ. Такой режим обычно характерен для микро-ЭВМ и персональных ЭВМ, то есть для ЭВМ индивидуального пользования.
4. Мультипрограммный режим работы вычислительной системы (ВС)
В мультипрограммном (многопрограммном) режиме работы в памяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе.
В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и оперативная память, так как при возникновении каких-либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д.
При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной.
Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и средствами операционной системы. Он характерен для сложных ЭВМ, где стоимость машинного времени значительно выше, чем у микро-ЭВМ. Разработаны также мультипрограммные ОС, позволяющие одновременно следить за решением нескольких задач и повышать эффективность работы пользователя.
5. Режим пакетной обработки
В зависимости от того, в каком порядке при мультипрограммном режиме выполняются программы пользователей, различают режимы пакетной обработки задач и коллективного доступа.
В режиме пакетной обработки задачи выстраиваются в одну или несколько очередей и последовательно выбираются для их выполнения.
6. Режим коллективного доступа
В режиме коллективного доступа каждый пользователь ставит свою задачу на выполнение в любой момент времени, то есть для каждого пользователя в такой ВС реализуется режим индивидуального пользования. Это осуществляется обычно с помощью квантования машинного времени, когда каждой задаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется квант времени. После окончания кванта времени процессор переключается на другую задачу или продолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС. Вычислительные системы, обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованием машинного времени, называют ВС с разделением времени.
Характеристики операционных систем.
1. Основные функции операционных систем
 Операционная система (ОС) связывает аппаратное обеспечение и прикладные программы. Многие свойства различных программ похожи, и операционная система обычно предоставляет этот общий сервис. Например, практически все программы считывают и записывают информацию на диск или отображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержать инструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целях операционной системы более практично.
Операционная система может взаимодействовать с аппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она также может переносить информацию между аппаратурой и прикладным программным обеспечением.
Прикладной программист не должен беспокоиться о написании специального программного кода для записи данных на все множество дисков, которое может быть на ПК. Программист просто просит операционную систему записать данные на диск, а ОС занимается зависящей от аппаратуры информацией. Операционная система получает предоставляемые прикладными программами данные и записывает их на физический диск.
Использование операционной системы делает программное обеспечение более общим: программы могут работать на любом компьютере, на котором можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодействуют с операционной системой, а не с аппаратурой.
Наиболее часто используемые операционные системы, такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский интерфейс: пользователь может набирать команды в системном приглашении. ОС интерпретирует эти инструкции с помощью программы, логично называемой командным интерпретатором, или процессором.
 2. Модульная структура операционных систем
Структура ОС носит модульный характер.
Программный модуль - программа, рассматриваемая как целое в контекстах хранения в наборе данных, трансляции, объединения с другими программными модулями, загрузки в оперативную память для выполнения или разработки в составе программного комплекса.
При разработке программного обеспечения его разделение на модули происходит по функциональному признаку, что способствует минимизации числа межмодульных связей и, следовательно, уменьшению сложности разрабатываемого программного комплекса.
Размеры модулей при этом обычно составляют несколько десятков, реже несколько сотен операторов алгоритмического языка. При исполнении программ различают исходный модуль - программу, выраженную на принятом при разработке комплекса языке программирования, объектный модуль - программу, полученную в результате трансляции на машинный язык, и загрузочный модуль - программу, прошедшую редактирование и готовую к помещению в оперативную память и после настройки адресных констант по месту загрузки - к исполнению. Загрузочный модуль может включать в себя несколько объектных и ранее отредактированных загрузочных модулей.
Рассмотрим последовательность обработки задания на ЭВМ.
Решение любой задачи на ЭВМ начинается с написания ее алгоритма на языке программирования. Текст алгоритма называется исходной программой или исходным модулем.
Первый этап обработки - трансляция, т.е. перевод текста исходного модуля с какого либо языка программирования на язык машинных команд конкретной ЭВМ. Трансляция осуществляется с помощью специальных, сложных программ - трансляторов, которые входят в состав комплекта системных обрабатывающих программ ОС.
Транслятор загружается в оперативную память (RAM) ЭВМ, ему передается управление центральным процессором, входной информацией для него служит транслируемый исходный модуль, результатом работы является текст программы на машинном языке - объектный модуль.
Сложные программные комплексы состоят из многих модулей, поэтому, перед этапом выполнения программы необходимо объединение всех модулей и определение связей между ними.
В современных ОС такое объединение модулей осуществляется после этапа трансляции перед загрузкой программы в RAM ЭВМ для выполнения. Процесс установления межмодульных связей в различных ОС называют редактированием связей (компоновкой задач, построением задач), и выполняется он с помощью специальной программы редактора связей.
Программа редактора связей осуществляет первичное разрешение межмодульных ссылок. Предположим, что в модуле А существует команда обращения к модулю В - call В. Редактор связей после объединения обоих модулей в единый загрузочный модуль в соответствующей машинной команде должен проставить адрес модуля В, определенный относительно начала всего загрузочного модуля.
Чтобы программа могла выполняться, единый загрузочный модуль должен быть помещен в RAM ЭВМ. Эту операцию называют этапом загрузки, а программу, которая осуществляет загрузку, - загрузчиком или программой выборки.
 3. Операционные системы общего назначения
Различают три типа операционных систем (ОС) общего назначения: поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способ общения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования и операционные системы разделения времени.
1. 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.
2 Операционные системы общего назначения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования применяются в ВС 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 (ВУ).
Эффективность использования ВС при этом во многом зависит от состава пакета задач, подлежащих выполнению, так как могут возникать ситуации, когда все задачи находятся в состоянии ожидания и процессор простаивает ( в условиях потока отладочных задач, каждая из которых характеризуется многократными обменами и незначительным временем, затрачиваемым собственно на счет). Эффективность работы пользователя при этом невысокая, так как в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться в процесс выполнения своей программы.
Рассмотрим основные функции ОС общего назначения, обеспечивающей мультипрограммный режим обработки задач.
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 (ВУ), 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.
При реализации комплекса мероприятий, выполняемого ОС непосредственно перед началом решения задачи, главное внимание уделяется предоставлению всех необходимых для решения задачи ресурсов ВС (области RAM, места на диске, требующихся наборов данных и т.п.)
Если для решения очередной задачи не хватает ресурсов, ОС 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.
3. 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 ВС за счет мультипрограммирования. Режим разделения времени создает иллюзию одновременного доступа нескольких пользователей ко всем вычислительным ресурсам ВС. 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 ВС в режиме разделения времени ниже, чем при обработке задач в режиме мультипрограммирования, из-за накладных расходов ОС, вызванных частыми переключениями процессора и главным образом многочисленными переносами задач из RAM на жесткий диск и обратно, то есть свопингами. 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 главное назначение таких ОС - обеспечение более высокой эффективности использования всех вычислительных ресурсов ВС 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 ОС специального назначения.
 4. Операционные системы специального назначения
К таким системам относят операционные системы, предназначенные для решения задач реального времени, для организации работы вычислительных сетей, и. некоторые другие.
1. Операционные системы реального времени.
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 (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.
2. Операционные систиемы, 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. Основные требования, предъявляемые к операционным системам по передаче блоков данных, можно сформулировать следующим образом:
·                                  блоки данных должны циркулировать в сети асинхронно и независимо в обоих направлениях между источником сообщения и его адресатом;
·                                  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.
 5. Операционные системы, основанные на графическом интерфейсе
Операционная системы семейства Windows.
Оболочка Windows включает в себя множество компонентов и обеспечивает пользователям различной квалификации комфортные условия работы.
В течение долгих лет с момента своего появления персональные компьютеры (IBM - совместимые) обходились без специальных "пользовательских оболочек", работая непосредственно под управлением операционной системы (MS-DOS, DR DOS, PC-DOS). Все операции управления компьютером производились путем ввода с клавиатуры некоторых слов - директив. Неудобство такого алфавитно-цифрового интерфейса порождало претензии и к самим компьютерам (возможно и не совсем обоснованные).
Работа с персональной ЭВМ мало отличалась от работы, например, на мини-ЭВМ: необходимо было хорошо знать операционную систему.
Сейчас, например, оболочка Windows исповедует совершенно другие принципы в части интерфейса пользователя с ЭВМ. Основная идея, заложенная в основу оболочки Windows, - естественность представления информации. Информация должна представляться в той форме, которая обеспечивает наиболее эффективное усвоение этой информации человеком. Несмотря на простоту (и даже тривиальность) этого принципа, его реализация в интерфейсах прикладных программ персональных ЭВМ по разным причинам оставляла желать лучшего. Да и реализация его в рамках Windows тоже не лишена недостатков. Но эта оболочка представляет собой существенный шаг вперед по сравнению с предыдущими интерфейсами.
Windows представляет собой графическую оболочку. От пользователя не требуется ввод директив с клавиатуры в виде текстовых строк. Необходимо только внимательно смотреть на экран и выбирать из предлагаемого набора требуемую операцию с помощью манипулятора мышь. Курсор мыши следует позиционировать на поле требуемой директивы меню, или на интересующую вас пиктограмму, или на поле переключателя (кнопки). На выбранном объекте необходимо зафиксировать курсор кнопкой мыши - и операция выполняется. С помощью того же манипулятора можно перемещать пиктограммы и окна по экрану, менять их размер, открывать и закрывать их - и все это при минимальном использовании клавиатуры для ввода каких бы то ни было директив. Кроме того, для любителей традиционного интерфейса DOS реализована возможность выхода на этот уровень. При разработке графического интерфейса Windows не последнюю роль играли и эргономические соображения: учтены требования к цветовой гамме, сочетаниям цветов, шрифтам, формам и размерам пиктограмм и окон. По сравнению с некоторыми другими пакетами внешнее оформление оболочки Windows может быть признано "спартанским" вследствие отсутствия излишеств и за деловой стиль. Понятие "графически - ориентированный" включает в себя для Windows также и соответствие изображения на экране последующему изображению на твердой копии (распечатке). В этом плане можно считать, что в оболочке Windows реализован принцип WYSIWYG (What you see is what you get = То, что вы видите, вы и получаете), до сих пор бывший привилегией небольшого числа программ.
6. Генерация операционной системы
 
Генерация операционной системы - процесс создания конкретного варианта операционной системы, наиболее полно учитывающего запросы возможных пользователей и конфигурацию ЭВМ в конкретной ситуации.
Операционные системы поставляются в виде дистрибутивных носителей, содержащих модули всех управляющих и обрабатывающих программ. В процессе генерации формируются ядро операционной системы - часть наиболее часто используемых управляющих модулей, постоянно присутствующих в оперативной памяти, и системные наборы данных.
Процесс генерации операционной системы осуществляется с помощью специальной программы - генератора операционной системы. Затем решается вопрос о том, какие из всех возможных средств и составных частей следует включить в состав сгенерированной операционной системы. При этом уточняется, какие из модулей операционной системы будут резидентными, то есть будут постоянно присутствовать в RAM в составе ядра, а какие модули - транзитными, то есть постоянно будут находиться на жестком диске, а в RAM будут попадать по мере надобности.
Следует помнить, что всякое перемещение модулей операционной системы между жестким диском и RAM, как и всякий обмен, осуществляется относительно медленно. Решение этого вопроса основывается на поиске наилучшего компромисса между быстродействием и размером ядра операционной системы, так как если все модули сделать резидентными, то быстродействие операционной системы окажется максимальным, но максимальным будет и размер RAM, занимаемой под ядро операционной системы. В противном случае мы проиграем в быстродействии, но сэкономим память.
Поскольку ЭВМ используются в различной конфигурации (отличаются емкость RAM, количество внешних устройств и т.п.), необходимо при генерации перечислить весь состав технических средств вычислительного комплекса, внешних устройств. В результате можно сгенерировать вариант операционной системы, максимально учитывающий функциональное назначение и конфигурацию конкретной вычислительной системы.

Литература

1.  Вильям Столлингс. Операционные 2004.
2.  Гордеев Александр. Операционные системы: Учебник для вузов. - 2-е изд2006