Системное программное обеспечение

 

Назначение операционных систем

Особое место в программном обеспечении занимают операционные сис­темы.

Операционная система — это комплекс программ, обеспечивающих:

•  управление устройствами и задачами (процессами) — согласован­ную работу всех аппаратных средств компьютера и выполняемых программ;

•  работу с файлами — организацию хранения и обработки файлов на внешних носителях;

•  пользовательский интерфейс — диалог пользователя с компьюте­ром.

Кроме того, существуют специальные программы, выполняющие неко­торые дополнительные услуги системного характера (например, управле­ние внешними устройствами, архивирование файлов, защиту от вирусов, «лечение» и оптимизацию дисков и т. д.). Эти программы называются утилитами.

 

Управление устройствами

Мы уже знаем, что современный компьютер может включать много (иногда десятки) устройств — ресурсов компьюте­ра. Эти устройства иногда работают одновременно, иногда «встают в оче­редь» друг за другом. Это и центральный процессор, и несколько видов устройств оперативной памяти, и периферийные (внешние) устройства, среди которых;

•  устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

•  устройства вывода (монитор, принтер, графопостроитель и др.);

•  внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с флэш-памятью);

•  устройства управления (мышь, джойстик и др.);

•  мультимедийные устройства.

Все это оборудование должно работать согласованно, по заданной про­грамме, в едином режиме. При этом скорости работы различных устройств различаются в сотни, тысячи и более раз. Деятельность операционной системы по управлению ресурсами можно уподобить действиям дирижера, которому надо управлять огромным оркестром, включающим десятки различных инструментов, чтобы они вступали в игру в нужный момент и отдельные звуки переплетались бы в стройную мелодию.

Для управления работой внешних устройств в состав операционной системы входят специальные программы, которые называются драйвера­ми внешних устройств. Для каждого типа и каждой конкретной модели внешнего устройства существует свой драйвер. Иногда ОС автоматически подбирает подходящий драйвер, иногда об этом приходится заботиться пользователю.

 

Управление процессами

В память компьютера может быть загружено одновременно несколько программ, которые будут выполняться частями параллельно. Иногда мы сознательно поручаем это нашему ПК, запустив, скажем, одновременно почтовую программу и текстовый процессор. Но даже если мы этого не де­лаем, все равно: на экране идут часы, в то же время компьютер произво­дит незаметные, но совершенно необходимые операции по защите от виру­сов, защите от удаленных хакерских атак по сети, контролю состояния устройств и т. д.

Каждую выполняемую программу называют процессом. Отсюда тер­мин «управление процессами». Организовать параллельное выполнение программ очень непросто, поскольку они обращаются к одним и тем же ре­сурсам — к центральному процессору, к различным видам памяти, к внешним устройствам. Решает эту задачу операционная система.

Компьютеры первых двух поколений работали в однозадачном режи­ме: пока не заканчивалось выполнение очередной программы, другие про­граммы в компьютер не загружались. При этом значительная часть време­ни уходила на механический ввод программы и данных с перфорационно­го носителя, вывод на бумажную печать, чтение и запись на магнитные носители. Все это время процессор «простаивал», ожидая, когда свою ра­боту закончат его «медленные сотрудники».

Ситуация изменилась с появлением на ЭВМ третьего поколения кон­троллеров внешних устройств. Стало возможным освободить процессор от управления «неповоротливыми» механизмами, переложив эту задачу на контроллеры. А процессор получил возможность все время заниматься своей основной работой — обработкой данных. Пока одна программа (про­цесс) ожидает, например, завершения ввода/вывода данных, другая про­грамма может занимать процессор. При этом состояние первого, прерван­ного процесса должно быть сохранено, чтобы его в нужный момент можно было восстановить и продолжить выполнение программы. Такой режим работы называется многозадачным режимом.

Наиболее сложны многопользовательские многозадачные операцион­ные системы, применяемые в многотерминальных системах — вычисли­тельных комплексах, в которых к одному общему компьютеру подключа­ется несколько устройств ввода/вывода или персональных компьютеров (терминалов) для одновременной работы многих пользователей.

Пользовательский интерфейс

Важная функция ОС — поддержка пользовательского интерфейса. В настоящее время общепринятым стал графический интерфейс, поддер­живаемый системами меню (по крайней мере, в мире ПК).

Наибольшее число ПК во всем мире работают под управлением ОС Windows, с которой вы наверняка знакомы. Тем не менее напомним основ­ные правила пользовательского интерфейса. Взаимодействие пользовате­ля с ОС происходит по схеме:

1) ОС находится в состоянии ожидания команды пользователя;

2) пользователь отдает команду в какой-либо форме (чаще всего — че­рез меню);

3) ОС исполняет команду или сообщает о невозможности выполнения;

4) ОС возвращается в состояние ожидания следующей команды по­льзователя; и т. д.

 

Графический интерфейс, который пришел на смену некогда сущест­вовавшему символьному, позволяет пользователю выбирать объекты для команд с помощью графических образов этих объектов. Когда мы за­пускаем современную версию ОС Windows, перед нами на экране дис­плея возникает Рабочий стол (рис. 4.5), на котором расположено не­сколько графических объектов — символических изображений тех про­грамм, с которыми пользователь работает наиболее часто. Кроме того, в нижней части экрана находится панель задач, содержащая ряд кнопок для запуска программ.

 

Меню — один из основных элементов графического интерфейса. С внедрением панелей с ниспадающими и каскадными меню удалось обес­печить комфортную работу любому пользователю. Каскадные меню предо­ставляют пользователю список возможных действий с выделенным инфор­мационным объектом. На рис. 4.6 видно, что выполняется процедура от­правки текстового документа в виде сообщения электронной почты. В зависимости от текущего состояния объекта содержание меню может из­меняться. В одном случае некоторые из пунктов могут стать недоступными для выбора, в другом может измениться набор пунктов меню. Меню в при­ложениях могут настраиваться пользователем.