Структура вычислительной системы. Назначение ОС. Задачи, решаемые ОС.
Тема 1. Операционные системы и сети ЭВМ. Общая характеристика ОС
Краткий конспект лекций по дисциплине Безопасность операционных систем
Раздел I. Архитектура современных ОС
Структура любой вычислительной системы состоит из двух базовых частей. Во-первых, аппаратного (технического) обеспечения (hardware): процессора, памяти, устройств ввода-вывода, дисковых устройств и т.д., объединенных магистральным соединением – шиной.
Во-вторых, вычислительная система состоит из программного обеспечения. Все программное обеспечение принято делить на две части: прикладное и системное. К прикладному программному обеспечению, как правило, относятся разнообразные банковские и прочие бизнес-программы, игры, текстовые процессоры и т.п. Под системным программным обеспечением обычно понимают программы, способствующие функционированию и разработке прикладных программ. Необходимо отметить, что деление на прикладное и системное программное обеспечение является отчасти условным и зависит от того, кто осуществляет такое деление. Так, обычный пользователь, может считать Microsoft Word системной программой, а, с точки зрения программиста, это – приложение. Компилятор языка Си для обычного программиста – системная программа, а для системного – прикладная. Несмотря на эту нечеткую грань, данную ситуацию можно отобразить в виде последовательности слоев (см. рис. 1.1.1), выделив отдельно наиболее общую часть системного программного обеспечения – операционную систему:
Рисунок 1.1.1. Структура программного обеспечения КС
Операционная система – это комплект программ, правил и специальных данных, которые совместно управляют ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы в своей работе.
Важнейшими функциями ОС являются:
1. Управление элементами, блоками и устройствами ПЭВМ. Выполняется с помощью набора специальных управляющих программ – драйверов устройств. Центральная часть операционной системы, так называемое ядро ОС, обязательно содержит драйверы всех основных устройств ЭВМ. Дополнительные устройства устанавливаются в вычислительную систему вместе со своим драйвером, обычно поставляемым вместе с аппаратными средствами.
2. Обеспечение хранения и доступа к информации (файловая система). Сюда входят правила организации и размещения наборов данных во внешней памяти и правила обращения к внешним устройствам, через которые производится передача данных. В основе лежит так называемая Базовая Система Ввода/Вывода (BIOS).
3. Выделение ресурсов ПЭВМ (памяти, процессорного времени, внешних устройств) для выполняемых процессов (управление ресурсами). Это наиболее сложная функция операционных систем. В зависимости от того, как распределяются ресурсы ЭВМ, определяется тип ОС и ее возможности.
4. Организация взаимодействия между выполняемыми процессами (система прерываний). Данная система позволяет с одной стороны достаточно универсально обеспечивать все виды передач управления, с другой – управлять работой компьютера в диалоговом режиме, независимо от выполняемых в текущий момент программ.
5. Выполнение команд пользователя по управлению ЭВМ. Для этих целей в составе операционной системы имеется "командный процессор" – резидентно загруженная программа, интерпретирующая указания человека, вводимые в ЭВМ в различной форме. Чаще всего эти указания являются набранной командой в виде текста, или выбором команды из предлагаемого меню (графического или текстового вида).
Из приведенных выше функций видно, что операционная система реализует связи между аппаратными средствами, программами и пользователями. В информатике для описания таких связей используется понятие "интерфейс".
Интерфейс – это средство сопряжения двух систем или частей системы, в котором все физические и логические параметры отвечают предварительным соглашениям.
ОС реализует интерфейс пользователя (если одной из систем является человек), аппаратно-программный интерфейс (если одной из сторон взаимодействия выступает техническое устройство) и программный интерфейс (если взаимодействуют между собой два программных процесса).
Примерами наиболее известных операционных систем являются: OS–360/370 (ОС/ЕС), DOS, Windows, UNIX.